• 한국농림기상학회지
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• 제9권2호
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• pp.149-160
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• 2007

광릉 슈퍼사이트에서 대기와 식생간의 에너지와 물질교환 규명은 지형과 식생의 복잡성으로 인해 많은 기술적인 어려움에 직면하고 있다. 따라서 KoFlux 연구에서는 상호보완적인 다중 분야의 연구를 통해 이러한 어려움을 극복하기 위한 시도를 해 오고 있다. 본 논문에서는 현재 진행중인 KoFlux 연구의 예비결과 중 특히 광릉사이트에서의 물/탄소수지, 물과 탄소순환의 상호관련성 그리고 몬순기후하의 생태계에서 탄소순환에 미치는 수문학적 요인의 중요성에 대해 중점적으로 논의하고자 한다. 광릉낙엽활엽수림의 순생태생산량 (NEP)은 광범위한 생태학적 연구결과에 따르면 약 ${\sim}2.6\;t\;C/ha/y$로 예상된다. 이를 미기상 플럭스 관측 결과와 함께 고려할 때 광릉 산림은 탄소의 중요한 육상흡원으로서 기능함을 예상할 수 있다. 다양한 생태수문 관측에 의해 규명된 유역단위 물수지에 의하면 연단위 전체강수량의 약 30-40%가 증발산(ET)에 해당함을 나타내고 있다. 광릉산림의 대표적인 수종인 졸참과 서어나무의 잎에서 얻어진 탄소 안정동위원소 조성에 근거하여 계산된 식물 성장기간의 평균 물이용효율(WUE)은 약 ${\sim}12\;{\mu}mol\;CO_2/mmol\;H_2O$에 해당된다. 얻어진 증발산량과 물이용효율은 유역단위의 생태계 생산량을 산출하는데 이용될 수 있다. 나이테 성장량과 토양호흡량의 연단위 변화는 강수량과 강수의 패턴에 의해 크게 영향을 받음을 보이고, 이는 몬순기후에 영향을 받는 동아시아 지역 생태계에서 탄소 순환과정이 수문학적 조건과 밀접한 상관관계를 가짐을 지시한다. 연구지역의 공간적 특성을 정량화하기 위해 관측지의 구조 및 기능적 단위를 규명하기 위한 연구가 진행되고 있고 이를 통해 서로 다른 시공간 규모에서 진행되고 있는 연구의 결과물을 체계적으로 연결 통합하고 나아가 보다 광역적인 규모에서 대표적인 물/탄소 수지를 산출하기 위한 연구가 시도되고 있다.

• 한국습지학회지
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• 제21권4호
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• pp.384-391
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• 2019

최근 강우시 수계로 유출되는 비점오염물질로 인한 수질오염의 문제를 해결하고자 저영향개발(Low Impact development, LID)을 적용하고 있다. LID 시설 중 침투도랑 (Infiltration trench, IT) 과 침투화분 (Infiltration Planter, IP) 은 높은 침투율 및 침강지를 통한 오염물질 제거와 식생을 통한 영양염류 저감효율이 높다. 따라서 본 과제에서는 장기간 모니터링을 통한 침투도랑(IT)과 침투화분(IP)의 영양염류 오염물질 제거효율에 대해 분석하였다. 침투도랑(IT)과 침투화분(IP) 두 시설 모두 TSS 약 84%, TP 약 76%이상으로 제거효율이 높은것으로 나타났는데 이는 인의 화합물과 퇴적물간의 이온교환으로 인한 것으로 나타났다. 질소의 경우 침투화분시설(IP)의 제거효율이 침투도랑(IT)에 비해 약 28% 높은것으로 분석되었다. 이는 침투도랑(IT) 내 여재와 침강지에서의 침전을 통한 입자성 질소를 제거하는데 효과적이었으며, 암모늄질소(NH₄-N)와 아질산염 질소(NO₂-N)의 감소 및 질소(NO₃-N)의 증가는 질산화 및 탈질산화로 인한것으로 나타났다. 침투도랑(IT 모니터링 이벤트 중 강우강도가 11mm/hr로 강한 강우사상에서의 TN 및 TP의 저감효율은 각 34% 및 55%로 저감효율이 낮았으나, 5mm이하의 강우강도에서의 저감효율은 약 100%로 높은것으로 분석됬다. 반면 침투화분시설(IP)은 최대 강우강도 27mm/hr에서도 TN 및 TP의 저감효율은 97%이상으로 높은것으로 나타났다. 두 시설 모두 영양염류의 제거효율은 좋은것으로 나타났으나, 시설용량 및 HRT가 높고 시설 내 식생이 적용된 침투화분시설(IP)이 영양염류 제거효율이 더 높은것으로 분석되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권10호
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• pp.863-874
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• 2018

본 연구에서는 SWAT 모형과 random forest를 이용하여 미래 기후변화에 따른 한강유역($34,148km^2$)의 수생태계 건강성을 평가하였다. 국립환경과학원에서 8년간(2008~2015년) 봄철(4~6월)에 모니터링한 부착돌말류 지수(TDI), 저서형 대형무척추동물지수(BMI), 어류평가지수(FAI)는 0~100점, A~E등급으로 평가되며, 이를 본 연구에서 사용하였다. 수생태 건강성에 영향을 미치는 변수로는 수질(T-N, $NH_4$, $NO_3$, T-P, $PO_4$)과 수온을 선정하였으며, 수질 오염도가 낮은 경우에는 수생태계 건강성 점수가 광범위하게 분포되지만 수질 오염도가 높은 경우 수생태계 건강성 점수가 낮아지는 역상관관계를 확인하였다. 기계학습의 분류 분석 기법 중 하나인 random forest 모델을 이용한 세 개의 수생태 건강성 지수 등급분류 결과 정밀도, 재현율, f1-score 모두 0.81 이상의 예측 정확도를 나타내었다. 기상청의 HadGEM3-RA RCP 4.5와 8.5 시나리오를 적용한 미래 SWAT 수문, 수질 결과 기저유출의 증가로 인해 질소 계열 수질 농도는 기준년도 대비 최대 43.2% 증가하였고, 지표유출 감소로 인해 인 계열수질 오염도는 최대 18.9% 감소하는 것으로 분석되었다. 미래 FAI, BMI의 등급은 개선되는 경향을 보이지만 TDI는 등급이 악화되는 것으로 나타났다. 이를 통해 TDI는 질소 계열 수질에 민감하고 FAI, BMI는 인 계열 수질에 더 민감하다고 판단하였다.

• 생태와환경
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• 제49권4호
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• pp.354-374
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• 2016

본 연구는 2012년 5월부터 2015년 12월까지 북한강과 남한강의 유입부를 포함하는 팔당호의 5개 지점에서 시공간적 수질 변동성을 강우 수문학과 비교 고찰하였다. 조사기간 동안 기초 수질요인들의 변동은 계절적 영향이 컸다. 특히, 수온성층은 수심이 깊은 댐 부근에서 형성되었고, 연도에 따라 빈산소 장기화도 관찰되었다. 질소(N) 계열 영양염의 증가는 유량이 빈약할 때 나타났고, 이때 $NH_4$는 하수 처리수의 영향을 크게 받아 $NO_3$와 상반되는 경향을 나타내었다. 인(P)의 증가는 유량이 크거나 극심한 가뭄이 지속될 때이었고, P 영양염 결핍도 빈번하게 관찰되었다. Chl-a의 증감은 유량 변동과 역상관 관계를 보였고, 그 값이 높을 때 AGP 값은 낮았다. 팔당호의 수질 변동성은 유역으로부터 하수 처리수(총량: $472{\times}10^3m^3d^{-1}$)의 오염원을 기반으로 한 유입, 방류 및 취수의 패턴에서 직간접적 관련성과 그 영향을 찾을 수 있었다. 또한 수질의 시공간적 변동 과정에서 기상(장마, 태풍, 이상강우 및 폭염더위) 수문(유량과 수위)학적 인자는 펄스, 희석, 역류, 흡수, 농축 및 침전 등 형태로서 작용하였다. 하천형 저수지인 팔당호의 수질 변동은 매우 역동적이며, 국내 최대 상수원의 오염 수준을 경감하기 위한 실효 대책으로 기상 수문에 기초한 육수학적 조사연구와 P-free 하수 처리 정책 실현의 필요성을 제안한다.

• 한국전통조경학회지
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• 제31권4호
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• pp.113-122
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• 2013

본 연구는 전통구조물의 안정에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 우리나라 전통조경공간에서 축석 기둥으로 조성된 담장의 기초가 안정함에 따라 오랜 세월동안 무너지지 않고 유지됨을 알 수 있었다. 연구 대상지인 담양 소쇄원의 오곡문 담장은 자연과 조화되는 하나의 전통구조물로 그 어떠한 영향에도 변형됨이 없이 지금까지 유지되어 왔다. 여기에는 우리 선조들의 슬기와 지혜가 곁들어 있음을 짐작할 수 있다. 그러나 전통구조물 재현에 있어 하자발생 빈도가 빈번하다. 이는 전통구조물에서 벗어난 공법으로 약식 적용하였기 때문이다. 따라서 본 연구의 대상인 오곡문 담장이 무너지지 않는 요인을 통해 그 해결 방안을 간접적으로 얻고자 함이다. 아울러 연구 방법으로는 물리적 시험과 역학 계산방식의 유추 해석을 통해 다음의 결과를 도출하였다. 첫째, 내적 요인으로 오곡문 담장의 구조를 이루는 부재와 결속 방식이다. 1) 기초 지반의 안정이다. 여기서 원지반인 모암의 역할이 크다는 사실과 침하 현상이 없다는 것이다. 2) 수문에 의한 마찰력을 최소화하기 위해 물길을 두 갈래로 분리한 축석형태와 메쌓기 공법을 통한 수문에서의 지내력과 범람을 대비하여 우회수로를 만들었다. 3) 하중에 의한 지지력과 내구성에 견디는 구조로 재료의 강도와 축조형태에 있어 각 개체 간의 힘의 분산을 가져오는 마찰력을 최대화하는 공법으로 적용되었다. 둘째, 외적 요인으로 오곡문 담장의 역학 수리 계산식을 통해서 얻은 결과, 비바람과 수문에 의한 영향이 크게 나타나지만, 담장의 구조적 안정에 해칠 만한 힘의 작용이 미흡하다는 결론이다. 따라서 본 연구의 결과, 내 외적 영향에도 잘 견디는 구조로 구성된 구조체로 볼 수 있다. 그러나 향후 사후관리 측면과 이상기후로 인한 환경 인자에 의해 무너질수도 있다는 사실이다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.8-9
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• 2011

On 4 September 2010 an earthquake of magnitude 7.1 on the Richter scale occurred on the Canterbury Plains in the South Island of New Zealand. The Canterbury Plains are an area of extensive groundwater and spring fed surface water systems. Since the September earthquake there have been several thousand aftershocks (Fig. 1), the largest being a 6.3 magnitude quake which occurred close to the centre of Christchurch on 22February 2011. This second quake caused extensive damage to the city of Christchurch including the deaths of 189 people. Both of these quakes had marked hydrological impacts. Water is a vital natural resource for Canterburywith groundwater being extracted for potable supply and both ground and surface water being used extensively for agricultural and horticultural irrigation.The groundwater is of very high quality so that the city of Christchurch (population approx. 400,000) supplies untreated artesian water to the majority of households and businesses. Both earthquakes caused immediate hydrological effects, the most dramatic of which was the liquefaction of sediments and the release of shallow groundwater containing a fine grey silt-sand material. The liquefaction that occurred fitted within the empirical relationship between distance from epicentre and magnitude of quake described by Montgomery et al. (2003). . It appears that liquefaction resulted in development of discontinuities in confining layers. In some cases these appear to have been maintained by artesian pressure and continuing flow, and the springs are continuing to flow even now. In spring-fed streams there was an increase in flow that lasted for several days and in some cases flows remained high for several months afterwards although this could be linked to a very wet winter prior to the September earthquake. Analysis of the slope of baseflow recession for a spring-fed stream before and after the September earthquake shows no change, indicating no substantial change in the aquifer structure that feeds this stream.A complicating factor for consideration of river flows was that in some places the liquefaction of shallow sediments led to lateral spreading of river banks. The lateral spread lessened the channel cross section so water levels rose although the flow might not have risen accordingly. Groundwater level peaks moved both up and down, depending on the location of wells. Groundwater level changes for the two earthquakes were strongly related to the proximity to the epicentre. The February 2011 earthquake resulted in significantly larger groundwater level changes in eastern Christchurch than occurred in September 2010. In a well of similar distance from both epicentres the two events resulted in a similar sized increase in water level but the slightly slower rate of increase and the markedly slower recession recorded in the February event suggests that the well may have been partially blocked by sediment flowing into the well at depth. The effects of the February earthquake were more localised and in the area to the west of Christchurch it was the earlier earthquake that had greater impact. Many of the recorded responses have been compromised, or complicated, by damage or clogging and further inspections will need to be carried out to allow a more definitive interpretation. Nevertheless, it is reasonable to provisionally conclude that there is no clear evidence of significant change in aquifer pressures or properties. The different response of groundwater to earthquakes across the Canterbury Plains is the subject of a new research project about to start that uses the information to improve groundwater characterisation for the region. Montgomery D.R., Greenberg H.M., Smith D.T. (2003) Stream flow response to the Nisqually earthquake. Earth & Planetary Science Letters 209 19-28.

• 한국수자원학회논문집
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• 제54권10호
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• pp.835-848
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• 2021

제주도는 지질 및 수문계의 특이성으로 인해 수문기상인자 분석을 통한 수문 분석 및 효율적인 물관리가 필수적이다. 하지만 수문기상인자의 지상관측자료는 주변 환경에 의한 영향이 크게 작용하여 공간적인 대표성을 띄기 힘들며, 이를 극복하기 위해 원격탐사 방법이 사용된다. 본 연구에서는 제주도에서 기존에 다른 지역들에서 적용성이 검증된 바 있는 MOD16 증발산량, Global Land Data Assimilation System (GLDAS) 증발산량, GLDAS 토양수분, Advanced SCATerometer(ASCAT) 토양수분 산출물들의 적용성을 평가하였다. 증발산의 경우 강수량과의 총량 비교 및 플럭스타워 증발산량 관측자료와의 비교를 시행하였고, 토양수분의 경우 6개 토양수분 관측소의 관측자료와 비교하였다. 그 결과 증발산량의 경우 연 강수량의 57%가 증발산량으로 산출되었고, MOD16 증발산량과 GLDAS 증발산량의 상관계수는 0.759로 양호한 값이 산출되었으나, 플럭스타워 증발산량 데이터와 MOD16 증발산량의 상관계수는 0.289, GLDAS 증발산량과의 상관계수는 0.434로 상대적으로 적합성이 낮게 나타났다. 토양수분의 경우 GLDAS 자료의 경우 모든 지점에서 지점자료와 비교하였을 때 RMSE 값은 0.05 미만의 값을 나타냈고, 상관계수의 유의성 검정 결과 통계적으로 유의미한 결과를 얻었다. 하지만 위성자료의 경우 월각지점에서 0.05 이상의 RMSE 값이 나타났고, 세화, 한동 지점에서 상관성이 없다는 상관계수의 유의성 검정 결과를 확인하였다. 이는 제주도에 설치된 증발산량 및 토양수분 센서의 품질관리 및 공간대표성을 띄는 면단위 센서가 충분히 제공되지 않아 위와 같은 결과가 나타나는 것으로 판단된며 더불어 지점 자료의 관리 및 위성, 재분석 자료의 경우 관측 픽셀이 해안과 인접할 시 나타나는 오차로 추정된다. 본 연구를 통해 기존 수문기상인자 지상관측 자료의 개선 필요성을 역셜하고, 이를 통해 제주도에서의 효율적인 물관리 를 위한 기반을 구축하고자 한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제6권1호
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• pp.34-48
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• 2019

내성천은 경북 북부의 산지 및 농경지를 관류하는 자연성이 높은 사질 하상 하천으로 2010년대 이전에는 백사장이 발달한 경관적 특징을 유지하였다. 하지만 영주댐이 건설되기 시작하고 2015년 전후로 식생이 광범위하게 활착하는 등 하천 변화가 발생하였다. 이 연구에서는 이러한 변화를 객관적으로 분석하기 위해 영주댐 하류 내성천을 대상으로 장기 모니터링을 실시하였으며, 이 논문의 목적은 2012~2018년 기간에 대해 하천 지형 및 식생 등에 대한 조사 자료를 제공하는 것이다. 조사 방법으로 드론/지상 사진 촬영, LiDAR 항공측량, 현장 조사 등이 포함되었다. 장기 모니터링을 통해 발견한 주요한 사실들은 다음과 같다. 내성천 하도의 식생 활착은 1987년부터 시작되었으며, 2013년 이전에는 하류 구간에서, 그 이후로는 전체 구간에서 식생 활착이 발생하였다. 그 중 일부 지점은 홍수로 인해 재나지화 되었으나 여러 구간은 목본이 활착하였고, 퇴적으로 인해 하도의 형태 변화가 발생하기도 하였다. 내성천은 모래 하상의 본질적 특성을 유지해 왔지만, 최근 약간의 조립화 경향이 나타났으며, 조사 단면에서 최심하상의 저하가 관찰되었다. 본 연구의 조사 결과를 I편에서 분석한 수문학적 특성과 함께 종합하여 볼 때, 내성천에 나타난 식생 및 경관상의 변화는 주로 유량 감소 의한 것으로 생각된다. 이와 함께 영주댐이 하상 저하에 미친 영향을 간략하게 고찰하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권10호
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• pp.761-774
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• 2022

가뭄과 홍수의 예측, 기후변화가 유역 유출량, 더 나아가 수질 및 생태계에 미치는 영향의 정확한 분석을 위해서는 수문 모의 과정의 불확실성을 정량화하고 최소화하기 위한 노력이 필요하다. 수문자료동화는 수문모형의 상태량이나 매개변수를 갱신(update)하여 모의 초기 조건의 가장 가능성 있는 추정치를 생성하는 기법으로, 실시간 관측 정보를 이용하여 예측 정확도를 향상시킬 수 있는 방법이다. 본 연구에서는 airGRdatassim 모형을 이용하여 앙상블 기반 순차 자료동화 기법인 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터로 용담댐 유역에 대해 일 유출을 모의하고, 자료동화 기법별 특성을 비교 및 분석하였다. 모의 결과, Kling-Gupta efficiency (KGE) 지표가 자료동화 적용 전 0.799에서 앙상블 칼만 필터와 파티클 필터 적용시 각각 0.826, 0.933으로 향상되었다. 또한 기상 강제력 노이즈의 범위, 갱신 대상 상태량 설정, 앙상블 수 등 수문자료동화의 설정과 관련된 하이퍼-매개변수(hyper-parameter)의 불확실성이 모의 예측 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 강수 및 잠재 증발산 강제력의 오차 범위에 대한 민감도 분석 결과, 모든 모의 범위에서 파티클 필터가 앙상블 칼만 필터보다 예측 성능이 우수하였다. 파티클 필터는 기상 강제력 오차 크기가 작을수록 모의 성능이 향상되었으며, 앙상블 칼만 필터는 상대적으로 오차가 큰 경우 최적 성능이 확인되었다. 한편, 자료동화시 갱신되는 상태량의 종류를 줄일수록 자료동화에 의한 모의 성능은 감소하였다. 본 연구의 모의 실험 결과는 앙상블 자료동화를 이용하여 일 유출 모의 정확도 향상이 가능하지만, 최적 성능을 발휘하기 위해서는 수문자료동화 기법별 하이퍼-매개변수의 적정한 조정이 필요함을 함의한다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제8권2호
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• pp.79-87
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• 2021

하천의 하안 생태계에서 식생, 수문 및 지형 사이에 상호작용이 활발하다. 이들 중 하나의 요인의 작은 변화가 다른 두 요인에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 2020년 여름 극심한 홍수로 큰 피해를 입은 섬진강의 선정된 조사지 (가정 2 개 및 하한 2 개)에서 이러한 아이디어를 평가하였다. 특히 원격탐사, 수리 모의, 현장 조사를 결합하여 대홍수시 하안식생과 수리 특성 간의 관계를 조사하였다. 섬진강 조사구간에 위치한 예성교 수위관측소 (영점표고 EL. 27.4 m)에서의 수위는 2020년 8월에 극심한 강우에 의하여 표고 43.1 m까지 상승하였다. 최대 홍수위에서 가정과 하한 조사지의 전단응력은 가정보다 하한에서 4 배 더 높았다. 또한 하안식생이 없을 조건보다 식생이 있는 경우에 대홍수시 수위가 수위가 지점에 따라 최대 1m 정도 상승할 것으로 추정되었다. 조사구간 두 곳 모두에서 대홍수에 의하여 식생 분포면적의 78-80%가 나지로 바뀌면서 광범위한 생물학적 피해를 입었다. 상수리나무와 수고가 낮은 버드나무에 비하여 수고가 높은 버드나무류가 심한 피해를 받았다. 이러한 결과는 모든 하안식물종이 극심한 홍수에 대해 동일한 취약성을 가지고 있지 않으며, 교란에 대해 동일한 종류의 피드백을 나타내지 않는다는 것을 의미한다. 따라서 하안식생의 수목을 효과적으로 관리하는 동시에 의도하지 않게 야기할 수 있는 홍수위험을 최소화하기위한 하천관리 계획이 요청된다.